一種與水的特徵紅外吸收峰匹配的塗料的製作方法

2023-05-17 21:50:06

專利名稱：一種與水的特徵紅外吸收峰匹配的塗料的製作方法
技術領域：
本發明屬於對物料的脫水(烘乾)技術領域，特別涉及以新的化學配方製成紅外輻射塗料，以得到所需的與水分子的紅外吸收波相匹配的發射光波，應用於農副產品及織物的脫水乾燥技術中。
為克服上述傳統技術的不足之處，提出一種常溫常壓下的特徵紅外輻射脫水(烘乾)方法的發明專利(94113339.7)，該專利基於激活水分子，實現能量的最佳匹配的研究成果，即脫水乾燥就是脫去吸附在物料上的水。水分子是一個非線型的極性分子，它有三個振動自由度，其中氧-氫(O-H)化學鍵的伸縮振動能有效地吸收波長(入)在3微米附近的紅外光子，這可以從水的紅外吸收譜圖上清楚地觀察到2.5-3.4微米這個極強的寬伸縮振動吸收帶。
該專利採用發射波長為3～4微米範圍的紅外光源照射欲脫水的物料，為了獲得最大的能量使用效率，選擇輻射材料的原則，應使輻射元件的主輻射波匹配在被脫附的物質(例如水)的主吸收帶區。該專利為實現其方法，開發了一種特徵紅外光源，其中，選用了滷鎢燈原理做成的「熱子」，即熱絲選用可在高溫下工作的鎢絲，並將其封閉在石英管內，可順利地進行滷鎢循環。在該紅外石英燈管的管壁上塗敷燒結有一層不含金屬氧化物的多孔高矽氧玻璃粉與石英粉混合製成的特徵紅外光輻射塗層。這個實施方案是為了使鎢絲髮出可見光及近紅外輻射，有效地轉移到中紅外區，並使最強的輻射峰值波長(入max)處於3-4微米之間。這種高矽氧燈輻射出的強紅外頻率，應恰好覆蓋水分子最強的伸縮振動吸收帶，當被乾燥物料上的水分子有效地吸收了主輻射波後，水分子獲得高的能量而被激活，它們就可以克服分子之間相互作用力(範德華力，氫鍵作用等)，液態的水分子從液體表面逸出而汽化，脫離物體達到乾燥的目的。並可大大地提高能源的利用率，電能得到合理充分利用。
該專利與傳統的熱烘乾脫水技術相比，可使物料能在較低溫度下脫水，具有保質、保鮮、復水的良好效果。但經過多年的實驗證明，該專利所用塗層的材料的主發射帶並不在3-4微米的水的主吸收帶區，而是在2.2微米以下的紅外區，具有近於0.95高發射係數，這樣不能做到高矽氧光源輻射波與水的吸收波相匹配，絕大部分的光量子仍然要作為熱量被物體吸收。這些與水分子吸收波長不相匹配的光量子的能量，仍然按照傳統的熱傳遞方式進行熱擴散。(加熱空氣、加熱容器、加熱物料，最後由傳導方式加熱水分子，水分子緩慢升溫達到活化能後揮發)。因此在此脫水過程中能量損失很大，使得被乾燥物料仍存在傳統乾燥的缺點乾燥速度不理想、脫水不均勻及能耗較大。
本發明提出一種與水的特徵紅外吸收峰匹配的塗料，其特徵在於由碳化矽粉、純石英粉及氧化鋯或氧化鈦粉混合而成，其中，各組分的重量百分比為碳化矽粉∶純石英粉∶氧化鋯或氧化鈦為65-80％∶15-30％∶0-8％。
本發明的塗料可使紅外光源的發射譜出現的3微米的發射波，使用該塗料製成特徵光源的發射波與水分子的最大吸收波相匹配，產生紅外吸收使物料脫水乾燥速度提高，達到節能、低溫、保質的真正效果。
圖2為本發明塗層與原專利塗層的光源紅外輻射峰值相對強度隨波長分布變化示意圖。
實施例2採用碳化矽粉，取料80％；純石英粉，取料20％混合而成。
實施例3採用碳化矽粉，取料75％；純石英粉，取料17％；氧化鈦粉，取料8％混合而成。
本發明的顯著效果詳細說明如下；將上述實施例1中三種原料混合均勻，以乙基纖維素的乙醇、丙酮溶液塗覆在自製滷鎢燈(燈絲工作溫度近於2260-2400K)的紅外石英燈管上，並融燒在燈管壁上成塗層。
當測試溫度在45℃時，在短波2.4微米至3.4微米之間的發射率達到0.97，測試與實驗表明，這種塗層的設計下可以使不同電壓鎢絲的可見光、近紅外線輻射有效地轉移到中紅外區，而使輻射的峰值波長出現在水的紅外吸收峰3微米處，如

圖1所示。圖中，曲線1為本發明的塗層燈管所發射的譜線，曲線2為水的最大吸收波。由此圖可看出本發明塗層的光源輻射的峰值波長準確地與水的3微米吸收峰相吻合。
為比較原專利(94113339.7)的高矽氧燈(以下簡稱2號管)與本發明採用的塗層的燈管(以下稱12B管)，現將兩種塗層的燈管在180伏電壓下加熱，測量其紅外輻射相對強度隨波長分布的變化，將測試後的曲線，在相同坐標下作比較，如圖2所示，其中，原專利高矽氧燈的峰值波長在2.2微米，如圖2中曲線4所示；而本發明塗層的燈的峰值波長位於2.4至3.4微米之間，如圖2中曲線3所示。
在使用2號管脫水時，隨時間的延長，雖然被脫水物料尚未乾燥，但物料表面及環境(機箱機件)的溫度均很高，以至越過70℃，這主要是此光源的熱子的能量，並不是水的吸收波長範圍，不能被水分子吸收而轉化為分子的能量，只在物料周邊擴散；而用本發明的配方塗層的12B管，脫水物料及機件均在50℃左右，說明此光源所發出光能量的大部分被物料上的水吸收，使水分子活化揮發。
由於本發明塗層的12B管所發出的波長的改變，使現場的工藝實驗、乾燥效果也有較大的改善。實驗記錄如下實驗記錄物料1600克燈管功率300W×6+0.12KW(電機)＝1.92KW脫水溫度55℃

從表中可見採用本發明塗料的12B燈管與2號管相比，平均提高脫水效率13％左右。注按國家標準乾燥蔬菜含水量11％制粉劑應用的乾燥蔬菜含水量7％綜上測試及實際實驗表明，本發明這種新的塗層配方較為理想地使鎢絲髮出的可見及近紅外輻射，有效地轉移到中紅外區，並使最強輻射的峰值波長(入max)處於2.5微米至3.4微米之間，這種採用新塗層的燈，輻射出的強紅外頻帶，恰好覆蓋水分子最強的伸縮振動吸收帶，當欲脫水的物料上的水分子有效地吸收了主輻射波後，水分子獲得高的能量而被激活，它們就可以克服分子之間互相作用(凡德華力，氫健作用等)而使液態的水分子從液體表面逸出汽化，脫離物料達到乾燥的目的。
權利要求
1.一種與水的特徵紅外吸收峰匹配的塗料，其特徵在於，由碳化矽粉、純石英粉及氧化鋯或氧化鈦粉混合而成；其中，各組分的重量百分比為碳化矽粉∶純石英粉∶氧化鋯或氧化鈦粉為65-80％∶15-30％∶0-8％。
全文摘要
本發明屬於對物料的脫水(烘乾)技術領域,由碳化矽粉、純石英粉及氧化鋯或氧化鈦粉混合而成;其中,各組分的重量百分比為:碳化矽粉∶純石英粉∶氧化鋯或氧化鈦粉為65－80%∶15－30%∶0－8%。採用本發明塗料可製成特徵紅外光輻射物料層,使其產生紅外輻射的峰值波長位於2.4－3.5微米的發射波範圍,實現紅外發射波長與水的吸收波長相匹配,從而產生水分子對特徵發射波的紅外吸收,較為理想地降低汽化水分子的活化能,進一步實現低溫、快速及更佳乾燥脫水的效果。
文檔編號C09D1/00GK1344765SQ0113437
公開日2002年4月17日 申請日期2001年11月2日 優先權日2001年11月2日
發明者於詩南 申請人:於詩南